建筑物增层改造技术研究现状

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　　近年建筑物的增层改造技术得到了迅速发展，比较常见的有：砖混房屋直接增层方案、多层内框架结构房屋直接增层方案、多层全框架结构房屋直接增层方案、底层全框架结构房屋直接增层方案、外套结构增层方案、外扩连接式或内设剪力墙方案、架设内柱式外套框架增层方案等。

　　既有建筑增层改造的具体工艺即首先对既有建筑物的基础进行整体桩式托换处理，然后在边桩中间顺次向下施工地下连续墙与托换边桩联合形成挡土围护结构，然后进行取士，在取土深度达到地下室底板标高时，浇筑地下室主体部分梁板等结构对围护结构形成可靠的支撑体系。依次向下施工直到增层地下室底层底板，增层改造完毕。

　　一、建筑增层改造的主要技术手段

　　为了充分利用地下空间，国内外均出现了新地下增层的实例，主要有以下几种形式：

　　新增局部地下室．一般是单层空旷房屋的中部离旧房基础较远的地方后建地下室。

　　将旧房地下室向四周扩建，一般只在旧房地下室的一边或两边向外扩大。

　　后建防空洞式地下室。

　　在1日房地下室内增加夹层或设备层。

　　将原来基础回填土部分改建为地下室。

　　增加比旧房基础深和旧房一层平面相同的全地下室。

　　将旧房箱基向四周扩大。

　　在旧房大地下室中增设新地下室。

　　新房设计有意识的将基础埋深加大，预备以后增建地下室。

　　二、基础托换的发展

　　基础托换是基础处理工程中新兴的一种技术方法，它的起源可以追溯到古代，但是，托换技术直到上世纪3O年代，兴建美国纽约地铁时才开始得到迅速发展。近年来．世界上大型深埋的结构和地铁施工增多，尤其是古建筑的基础加固数量增多，有时对建筑物的改造、增层和加大使用荷载时．都需要应用托换技术。因此，也推动了托换技术的发展。在战后德国许多城市的扩建，特别是在地铁建设中大量的用综合托换技术，积累了丰富的经验，取得了显着的成绩，并将其编入了德国工业标准（DIN）中。国外最早的大型托换工程之一是英国的Winchester大教堂，在托换加固之前已连续下沉了9OO年。在二十世纪由一位潜水工在水下挖坑穿过粉士和泥炭达到砾石层，并用混凝土包填实进行托换。

　　我国的托换技术及应用数量和规模随着建设的不断发展也在增长。应用如锚桩加压纠偏、锚杆静压桩、基础加强刚度法、千斤顶整体顶升、基础整体移位、桩式托换等多种托换方法，都有很多创新和特色。

　　孙海（2001）等首次提出了预应力平衡托换的定义．并分析了影响托换效果的一些因素并同时提出了一些参数的确定方法。

　　三、基础托换类型

　　基础托换是补救性托换、维持性托换和预防性托换三种托换形式的总称。凡是解决既有建筑物地基承载力不足和变形要求而进行的地基加固或地基处理称为补救性托换。凡是解决因新建筑物影响而对既有建筑物预先加固的托换称为预防性托换。凡是在新建建筑物基础上预先设计好可顶升装置，以适应不允许出现的地基沉降差异采取的托换称为维持性托换。

　　基础托换的分类：

　　按照托换原理分类：补救性托换、预防性托换、维持性托换。

　　按照托换性质分：地基补强加固、基础控沉、纠偏、建筑物增层，建筑物整体迁移、临近深基坑开挖或地铁线穿越加固。

　　按照时间分：临时性托换和永久性托换。

　　按照托换手段分类：基础加宽、加深、桩式托换静压桩、打人桩，灌注桩、灰土桩、树根桩、灌浆托换水泥灌浆、高压旋喷灌浆）、基础减压、纠偏托换（加压、掏土、降水、浸水、顶升）。

　　主动托换和被动托换。

　　四、结构与基础相互作用研究概况

　　上部建筑与地基基础共同作用是一门新兴的学科，它是随着高层建筑的大量兴起及计算机技术的迅速发展而产生的新科学。早在20世纪50年代工程界就开始注意到这个问题：梅椰霍夫（G．G．Meyerhof）提出估算框架等效刚度的公式以考虑共同作用。尔后，岑米斯基（S：Chamee~）和格罗斯霍夫（H．Grosshof）相继研究单独基础上多层框架结构的共同作用问题。进入60年代萨马（H．Sommer）提出一个考虑上部结构刚度计算基础沉降、接触应力和弯矩的方法，随着有限元和计算机的发展，申凯维茨（0．C．Zeinkeiweiez）和张佑启（Y．K．Cheung）应用有限元研究地基基础的共同作用，普奇米尼斯基（J．S．Przemieniecki）提出了子结构分析方法，为哈达丁（M．J．Haddadin）首次利用子结构分析的方法研究地基基础与上部结构的共同作用打下基础。克里斯琴（J．T．Chrlstian）在高层建筑的规划与设计会议上阐述了高层建筑与地基基础共同作用问题。此外，李和哈里申（I_K．and H．B．Harrison），海恩和李（sj．Hain and LK．Lee），兰娜斯和伍德（wJ．．Wood），胡颇（J．A．Hooper），金和钱德拉斯基（GJ．W．King and V．S．Chandreskam）瓦杜和弗拉斯（L．J．Wardle and R．A．Frazer）等都在该课题有了一些成果。

　　在印度召开了第一次“土与结构共同作用”的国际会议，其成果集中在该会议论文集里面。此后共同作用的课题越来越引起科研者的重视和关注：

　　第十、十一届国际士力学及基础工程会议（1981、和第三、四、五届国际土质力学的数值方法会议、1982、1985）均有一个“土与结构共同作用”的讨论组进行专门讨论交流。普罗斯（H．G．Pouhs）利用明德林（R．D．Mindlin）公式提出了桩与地基共同作用的弹性理论法，极大的推动了士与上部结构共同工作的深入研究。普莱斯（Priee）1986年利用共同作用原理对一座1 l层建筑桩筏基础做了尝试设计，从使用情况来看达到了很好的效果。

　　在国内，二十世纪60年代初期对共同作用问题也做了一些研究．70年代我国高层建筑逐渐兴起，促使了上部结构与地基基础共同作用问题的理论研究。

　　在上海同济大学召开的“高层建筑与地基基础共同作用学术交流会”集中体现了我国在当时在共同作用问题上的成果。其中较为重要的有：同济大学张问清等提出了扩大子结构法计算高层结构剐度，北京张国霞等、中国建筑科学研究院何颐华等、京工业大学叶于政等人相继就共同作用作了理论和实践的研究。

　　1986年、1990年我国第一、二、三届岩土力学解析与数值方法会议和1983年、1987年、年我国第四、五、六届土力学及基础工程学术会议上均设有共同作用专题组进行讨论。1993年召开的第一届结构与介质相互作用学术会议使共同作用有岩土工程推广到了其他的学科。1985年董建国等对共同作用原理在高层建筑地基基础中的应用作了首次尝试。赵锡宏等编着的<上海高层建筑桩筏与桩箱基础设计理论）集中反映了二十世纪8O年代后期我国在共同作用理论方面的研究成果。此外，杨敏对上部结构与桩筏基础的共同作用作了更深入的理论和试验研究。1991年编写的<建筑桩基技术规范》以及后来编写的《地基基础设计规范》都强调了考虑承台、群桩、土之间的共同作用，规范了共同作用理论在设计中的应用。

　　虽然在上部结构与地基基础共同作用的研究上取得了许多的成果．可由于涉及到上部结构、基础和地基三者的因素太多，互相组合起来研究非常复杂，尤其是在既有建筑进行地下增层的施工和使用期间，地基变形的变化规律，荷载和结构体系以及结构刚度转变，以及它们之间的相互影响，施工过程中地基附加沉降引起的上部结构内部荷载和应力重分布等问题的研究都还不完善，因此还有必要针对具体施工过程对上部结构和地基基础的共同作用问题展开细致的研究。

　　五、结语

　　尽管在建筑增层改造的研究方面取得了一些成就，但与美国、日本等国家相比，我国的既有建筑增层改造技术的总体水平还不高，缺少配套的设计施工规范、规程和质量验收标准。并且从以往实现地下增层的方法来看，通过对原建筑基础实施整体桩基托换后向下增设地下室的方法还处于空白阶段。通过对原有建筑进行整体托换而实现地下增层的工程应用正处于起步阶段，应用研究很少，因此新的技术手段的研究意义更加重大，将给地下空间的开发和既有建筑扩建改造提供一种新的途径，应用前景非常广阔。